JP2011155119A - 検査装置及び検査方法 - Google Patents

Abstract

【課題】リソグラフィーの工程で必要とされるホットスポット検査において、広い観察面積を短時間で観察できる高解像度の検査装置及び検査方法を提供する。
【解決手段】複数本の電子線１１８で試料１１９上を走査し、それぞれの電子線から放出される２次電子１２０を同一の検出器１１２で取り込むことで、ＳＥＭ画像は複数本の電子線間の相対距離に依存した、位置がずれた画像（ゴースト画像）となる。前記相対距離を調整し、画像処理部１０４で位置ずれを復元することで、画素サイズが大きくても高感度なホットスポット検査装置を実現することができ、広い面積を短時間で観察できる。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体装置又は液晶等の微細な回路パターンを製造の途中で検査し、回路パターンの形状不良を抽出する電子線式の検査装置及び検査方法に関する。

半導体装置のリソグラフィー工程では、プロセスの変動に対し尤度のない箇所（ホットスポット）の寸法管理が重要とされている。ホットスポットの管理は、ＣＤ−ＳＥＭによる寸法計測が主流であり、ウェーハに転写された回路パターンの中で決められた箇所のみ計測する定点計測が一般的である。従来の電子線式の検査装置や検査方法については、例えば、特許文献１〜３に開示されている。

特開２００２‐３３３６５号公報 特開平１０‐１３５２８８号公報 特開平１１‐３１４７２号公報

近年、半導体装置の更なる高集積化を実現するため、リソグラフィーの分野では露光装置の制御パラメータまで考慮した転写パターンのシミュレーションが検討され始めている。しかし、上記シミュレーションは膨大な計算が必要であり、かつ予測不能な露光誤差が懸念されるため、尤度の高い設計を効率的に探索するには、ＣＤ−ＳＥＭによる寸法計測の結果をフィードバックすることが必要とされる。

これを実現する手法の一つとして、例えば特許文献１には、ホットスポットをＳＥＭ（Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）で観察し、ＣＡＤ（Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ａｉｄｅｄ Ｄｅｓｉｇｎ）データとの比較から露光時の誤差を測定する技術が開示されている。しかしながら、ホットスポットを計測する本技術では、計測する点が微細化に伴い爆発的に増大するため、全点を計測するには膨大な検査時間を必要とする。このため計測点数を間引き、最小のサンプリングで最大の効果を得る手法が検討されているが、効率的にサンプリングをする手法は確立されていない。

特許文献２には、事前にウェーハ全面、あるいはその一部を部分的に検査し、事前に検出された欠陥（露光の誤差）をＳＥＭ等の分解能の高いレビュー装置で観察する方法が開示されている。しかしながら、検査装置で事前に検出できる欠陥しか観察できないため、露光時の誤差を観察できるか否かは、検査装置の性能で決まる。露光時の誤差の管理は、転写したパターンのハーフピッチの１０分の１以下が要求され、既存の検査装置でこの性能を満たすものはない。

半導体装置の更なる高集積化には、高速かつ高感度な検査（計測）技術が不可欠である。リソグラフィーの分野に要求される検査（計測）装置には、ＣＤ−ＳＥＭ並みの解像度と検査装置並みのスループット（従来のＳＥＭの１００倍以上）が要求される。

高速化を実現するブレークスルーとしてマルチビーム技術があげられる。この技術は、１つの電子源から放出された電子線を複数の開口をもつ絞り板を通過させることで複数の電子線を形成し、試料から放出された２次電子をそれぞれ個別の検出器で取り込むことで、独立した複数の画像を同時に取得する技術である。この技術では、それぞれの電子線が放出させる２次電子を、独立して個別の検出器に取り込むため、ＥｘＢによる２次電子の大角度偏向と２次電子結像光学系が不可欠である。マルチビーム方式では電子線の本数に応じてスループットの向上が実現できるが、２次電子の大角度偏向はＥｘＢの収差の増大を伴うため、２次電子の分離検出を実現できても解像度の劣化が問題となる。特許文献３には、マルチビーム方式でも複数の電子線が放出させる２次電子を１つの検出器で取り込み、得られた位置ずれ画像（ゴースト画像）を画像処理デコンボリューションすることで１枚の画像を形成する技術が開示されている。しかしながら、ビームの本数分（現実的には１０倍程度）の高速化しか期待ができない。

ＳＥＭ等電子式の検査装置では、従来に対しプローブ電流を大幅に増加させ、１０００〜１００００倍のスループットの向上を実現することが可能である。しかしながら、大幅なプローブ電流の増加は、電子間のクーロン反発による解像度の劣化を伴うため、露光時の誤差を検出するには解像度が不十分である。

リソグラフィーの分野では、従来のＣＤ−ＳＥＭ並みの解像度で、かつ検査装置並みのスループットを実現する検査（計測）装置が不可欠であり、解像度とスループットを両立する技術が切望されている。しかしながら、前述のようにプローブ電流の増大は、物理的な限界による解像度の劣化を伴う。また、１００本の電子線でマルチビーム方式を実現するには、複雑な装置構成が不可欠で困難といえる。

本発明の目的は、広い観察面積を短時間で観察できる高解像度の検査装置及び検査方法を提供することにある。

上記目的を達成するための一実施形態として、パターンが形成された試料の第１の領域に収束した複数本の電子線を走査させ、発生した２次電子を第１パターン画像として記憶し、該試料の該第２の領域に収束した複数本の電子線を走査させ、発生した２次電子を第２パターン画像として記憶し、該第１の領域の該第１パターン画像と該第２の領域の該第２パターン画像とを比較し、その比較結果から試料内の欠陥部を抽出する検査装置において、該複数本の電子線の相対距離を該第２パターン画像の１画素以下の精度で調整できる機能を具備していることを特徴とした検査装置とする。

また、パターンが形成された試料の第１の領域に収束した複数本の電子線を走査させ、発生した２次電子を第１パターン画像として記憶する工程と、該試料の第２の領域に収束した複数本の電子線を走査させ、発生した２次電子を第２パターン画像として記憶する工程と、該第１の領域の該第１パターン画像と該第２の領域の該第２パターン画像とを比較し、その比較結果から試料内の欠陥部を抽出する工程を含む検査方法において、該複数本の電子線の相対距離を該第２パターン画像の１画素以下の精度で調整できる工程と、得られた互いに欠落部を有する複数の該第２パターン画像を処理し、互いに補完することにより高精細化する工程と、高精細化した画像を用いて欠陥を検出する工程とを含むことを特徴とする検査方法とする。

上記構成とすることにより、広い観察面積を短時間で観察できる高解像度の検査装置及び検査方法を提供することができる。

第1の実施例に係る検査装置の概略構成図(一部断面図)である。 画素サイズと検出感度、並びに検査時間の関係を示す図である。 位置ずれ画像の加算による高精細化を説明するための図であり、（ａ）は標準の撮像条件で得られる画像、（ｂ）は画素サイズを２倍化したときの画像、（ｃ）は画素サイズは２倍化すると共に位相を１/２画素分ずらしたときの画像、（ｄ）は（ｂ）と（ｃ）の画像を足し合わせた画像である。 第１の実施例に係る検査装置の高精細処理部で行われる画像処理を説明するための図であり、試料上のパターンに対する電子線Ａ及びＢの走査領域を示す。 第１の実施例に係る検査装置の高精細処理部で行われる画像処理を説明するための図であり、電子線Ａ及びＢに対応するパターン走査像を示す。 第１の実施例に係る検査装置の高精細処理部で行われる画像処理を説明するための図であり、高精細処理部への入力画像（デジタル）を示す。 第１の実施例に係る検査装置の高精細処理部で行われる画像処理を説明するための図であり、入力画像を元に高精細化した画像（デジタル）を示す。 第１の実施例に係る検査装置の欠陥判定部における差画像による欠陥判定手順を説明するための図である。 標準試料の概略構成図であり、（ａ）は上面図、（ｂ）は側面図である。 標準試料片の概略構成を示す平面図である。 標準試料片の領域ａのパターン概略平面図（上）及び側面図（下）である。 標準試料片の領域ｅのパターン概略平面図（上）及び側面図（下）である。 第１の実施例に係る検査装置における主要部の概略構成図（部分断面図）である。 第１の実施例に係る検査装置におけるマルチビーム形成部の概略構成斜視図である。 第１の実施例に係る検査装置におけるプローブ電流計測部の概略構成斜視図である。 第1の実施例に係る検査装置におけるマルチビームの調整手順を説明するためのフロー図である。 第１の実施例に係る検査装置において、マルチビームを形成する際の絞りの調整及びプローブ電流の測定を行うためのＧＵＩ画面を示す図である。 第１の実施例に係る検査装置において、マルチビームを形成する電子線間の相対距離を調整するためのＧＵＩ画面を示す図である。 第1の実施例に係る検査装置において、高低差の補正関数を導出するためのＧＵＩ画面を示す図である。 第1の実施例に係る検査装置におけるレシピ作成の手順を説明するためのフロー図である。 第1の実施例に係る検査装置における自動測長の手順を説明するためのフロー図である。

本実施の形態では、検査時間を短縮するため、マルチビーム方式の電子光学系を採用し、かつ画素サイズを従来よりも大きくする。複数本の電子線から放出される２次電子を同一の検出器で取り込むことで、ＳＥＭ画像は複数本の電子線間の相対距離に依存した、位置がずれた画像（ゴースト画像）となる。画素サイズが大きくなることによるサンプリングの誤差（情報の欠落）が発生するが、それぞれの電子線の相対距離が取り込む画素に対し１画素以下で位相がずれるよう電子線間の相対距離を調整することで、画素サイズが大きくても高精細な画像を実現できることを見出した。

画像処理で復元した画像の精細さは、前記位相のずらし方で決まり、計測するパターンに応じて画素サイズが大きいことによる情報欠落がないよう前記電子線間の相対距離を調整する必要がある。本実施の形態では、画素が大きくなることによるサンプリングのムラ（情報の欠落）が最も顕著に発生するパターンのエッジ部に対して画質を改善できることが特徴であり、エッジ部の画質改善はパターン外観形状を計測するホットスポット検査で大きな効果をもたらす。

図２は画素サイズと検出感度の関係で、１本ビームの場合と１０本のマルチビームの場合、及び本発明の期待値を示している。なお、横軸（画素サイズ）の下は、スループットとして１０,０００点計測する場合の検査時間の概算を示している。２０ｎｍノードのパターンを検査するためには、２ｎｍの解像度が要求される。

従来の１本ビームのＳＥＭでは１８６．４時間を要する（図中の（ａ））。マルチビーム（１０本）を用いた場合、本数分スループットは向上するが検査時間は１８．６時間と半日以上を要する（図中の（ｂ））。本実施の形態のマルチビーム方式では、従来よりも大きな画素サイズでも高精細な画像を実現できるため、２ｎｍの解像度を保証するのに従来の４倍の画素サイズで検査ができる。その結果、検査時間は１．２時間と大幅に短縮することができる。なお、画素サイズは４倍でなくてもよい。但し、画素サイズを大きくするにはビーム数を増やすことが必要である。

図３は位相をずらした画像を足し合わせることで高精細化できる効果を示した図で、（ａ）を標準の撮像条件とした場合、画素サイズを２倍化することで、黒い輪郭線に欠落が発生する（図３（ｂ））。図３（ｂ）に対し、１／２画素位相がずれるよう（ａ）の画素サイズを２倍化すると図３（ｃ）となり、図３の（ｂ）に対し図３（ｃ）を、位置を合わせて足し合わせることで、輪郭線に欠落のない図３（ｄ）を実現することができる。

本実施の形態では、計測するパターンに応じて画素サイズが大きいことによる情報の欠落がないよう前記電子線間の相対距離を調整する必要がある。上記技術を用いることで画素サイズが大きくても高感度なホットスポット検査装置を実現することができる。

以下に、実施例により詳細に説明する。

本実施例では、ホットスポット検査に適したＳＥＭ式半導体検査装置の１構成例について説明する。なお、実施の形態に記載され、本実施例に未記載の事項は本実施例にも適用することができる。本実施例で説明するＳＥＭ式半導体検査装置は、電子線の相対距離が取り込む画素に対し１画素以下で位相がずれるよう電子線間の相対距離を調整することで、画素サイズが大きくても高精細な画像を実現できることを特徴とする。

図１は本実施例に係るホットスポット検査装置の構成を示したものである。以下、本実施例のホットスポット検査装置の基本的な構成について説明する。検査装置は、大きく分けて、ＳＥＭ筐体１０１、試料室１０２、筐体制御部１０３、画像処理部１０４、ステージ制御部１０５で構成され、これら全てをコンソール１０６で制御できるよう構成されている。コンソール１０６はレシピや検査結果、検出した欠陥画像を記憶できる大容量のストレージ媒体１０７を持ち、このストレージ媒体１０７に記録されたデータを元に、装置の動作や、データの管理を行う。ここでＳＥＭ筐体１０１、試料室１０２は図中には示していない排気装置で真空が維持されており、目的に応じてコンソール１０６から排気装置を制御し、ＳＥＭ筐体１０１及び試料室１０２の排気やリークをすることができる。以下、各部位について構成とその部位が果たす機能について順を追って説明する。
（ＳＥＭ筐体）
ＳＥＭ筐体１０１は、電子源１０８、コンデンサレンズ１０９、マルチビーム形成部１１０、プローブ電流計測部１１１、倍率調整レンズ１１７、検出器１１２、ＥｘＢ偏向器１１３、偏向器１１４、対物レンズ１１５、制御電極１１６で構成される。電子源１０８より放出された電子はコンデンサレンズ１０９で収束されてから、マルチビーム形成部１１０に照射される。

マルチビーム形成部１１０は複数の電子線が形成できるよう複数の孔が作り込まれており、マルチビーム形成部１１０から下方で、孔の数に応じた電子線１１８を作ることができる。電子線１１８は倍率調整レンズ１１７、ＥｘＢ偏向器１１３、偏向器１１４、対物レンズ１１５、制御電極１１６を通過し、試料室１０２に設置された試料１１９に照射される。ここで倍率調整レンズ１１７は試料１１９上で複数の電子線１１８の相対距離が所望の値となるよう調整され、対物レンズ１１５は試料１１９上で電子線１１８が収束するよう調整される。

また、ＥｘＢ偏向器１１３は静電偏向器に電磁偏向器が重畳する構成となっており、電子源１０８から試料１１９の方向に進行する電子線１１８は偏向せず、試料１１９から電子源１０８の方向に進行する２次電子１２０を検出器１１２の方向へ偏向するよう調整されている。なお、制御電極１１６は図には示されていない定電圧源から電圧が印加できる構造になっており、試料１１９が絶縁体の場合、電子照射で絶縁体が過剰に帯電しないよう、その電圧が調整できる仕組みになっている。

試料室１０２に設置された試料１１９には、下記に示す構成で電子線１１８を減速させる電圧が印加されており、試料１１９から放出された２次電子１２０は試料１１９に印加された電圧に応じたエネルギーまで加速される。加速した２次電子１２０は制御電極１１６、偏向器１１４を通過しＥｘＢ偏向器１１３で検出器１１２の方向に偏向され検出器１１２で補足される。ここで、複数の電子線１１８が放出するそれぞれの２次電子１２０は、軌道が独立した状態で検出器まで導かれ、それぞれの２次電子１２０は同一の検出器１１２で捕捉される。
（試料室）
試料室１０２はステージ１２１、絶縁体１２２、試料フォルダ１２３、ミラー１２４、標準試料１２５で構成される。試料フォルダ１２３と、接地されたステージ１２１とは、絶縁材１２２で電気的に絶縁されており、試料１１９、標準試料１２５、ミラー１２４は、試料フォルダ１２３に対し電気的に接地されている。

ここで、試料フォルダ１２３には試料室１０２の外部からフィードスルー(真空隔絶フランジ)を介し高電圧を印加することができる。試料フォルダ１２３にリターディング電源２２３から高電圧を印加することで、試料１１９に高電圧が印加され、試料１１９に入射する電子線１１８のエネルギーを任意に調整することができる。また、ステージ１２１は、ＳＥＭ筐体１０１の中心軸に対し垂直方向に２次元的に駆動し、試料フォルダ１２３全ての領域をＳＥＭ筺体１０１の中心軸の直下に移動させることができる。

なお、ミラー１２４は試料１１９の位置を計測するため、試料フォルダ１２３に取り付けられており、試料室１０２の外部にあるレーザ測長装置２２４から真空を隔壁するガラス窓を介してレーザが照射できる構成となっている。なお、レーザ光は、光ファイバ１６０によりレーザ測長装置からガラス窓まで導かれる。
（筺体制御部）
筐体制御部１０３は、コンソール１０６から送られる制御信号に基づき、ＳＥＭ筐体１０１に含まれる電子源１０８や各種レンズを動作させる。筺体制御部１０３は電子銃電源２０８、筺体制御電源２０１、マルチビーム形成装置２１０、プローブ電流計測装置２１１、リターディング電源２２３で構成され、電子銃電源２０８は電子源１０８に陰極電圧を印加し、電子が安定して放出されるよう電子源１０８を動作させる。

また、筺体制御電源２０１はコンデンサレンズ１０９、倍率調整レンズ１１７、対物レンズ１１５各々に電流を供給し、コンソール１０６からの制御信号に基づき各レンズに供給する電流を設定することができる。マルチビーム形成装置２１０はマルチビーム形成部１１０を移動させるモータ１１０−２を含んでおり、モータ１１０−２でＳＥＭ筺体１０１の中心軸に対して垂直方向に２次元的に絞りを移動させることができる。プローブ電流計測装置２１１はプローブ電流計測部１１１で検出した複数電子線、各々についてプローブ電流を計測することができる。リターディング電源２２３は、コンソール１０６からの制御信号に基づき、前述に従い試料フォルダ１２３に高電圧を印加することができる。
（検出系及び画像処理部）
画像処理部１０４は、ビーム制御回路２２０、高精細化処理部２４０、欠陥判定部２５０を含み、コンソール１０６から送られる制御信号に基づき、試料の走査像を形成する。走査像を形成するために、ビーム制御回路２２０は偏向回路２１４に走査信号を送り、検出器１１２で取り込まれた２次電子信号が走査信号に同期してサンプリングされるようＡＤ変換基板２１２を制御する。なお、複数本の電子線の走査は、該試料が載置されたステージの移動に対し約垂直方向であり、かつ該２次電子の取り込みは該ステージの移動速度に同期している。また、ステージが停止してから画像を取り込む。

ここでビーム制御回路２２０から送られる走査信号は、偏向回路２１４を介してＳＥＭ筺体内の偏向器１１４に送られるが、偏向器１１４が静電偏向なら偏向回路２１４は電圧信号として出力され、電磁偏向なら偏向回路２１４は電流信号として出力される。ビーム制御回路２２０は偏向回路２１４から電圧もしくは電流信号を出力することで、偏向器１１４で複数の電子線を独立でなく一括して走査させることができる。

検出器１１２は２次電子１２０を検出する素子と、素子から送られる２次電子１２０の信号を増幅させる増幅器で構成され、検出器１１２で捕捉された２次電子１２０はアナログの電圧信号としてＡＤ変換基板２１２に送られる。検出器１１２では、複数の電子線１１８が試料から放出させる２次電子１２０を同一の素子で検出するため、各々の２次電子信号は混在した電圧信号としてＡＤ変換基板２１２に送られる。ここで、検出器１１２からＡＤ変換基板２１２までは、２次電子を検出器１１２まで引き込むための高電圧が印加されているため、ビーム制御回路２２０、並びに高精細化処理部２４０とＡＤ変換基板２１２は、電気的に絶縁させるため光ファイバ１６０等で接続されている。したがって、制御信号、及び検出した電圧信号は光信号として送受信される。

高精細化処理部２４０ではＡＤ変換基板２１２から送られてきた信号を元に走査像を形成し、複数の電子線の相対距離を元に、後に示す手順で画像を高精細化する。高精細化された画像は画像処理部１０４内の欠陥判定部２５０に送られ、欠陥判定部２５０において、後に示す手順によって試料の状態が走査像(画像)から判定される。高精細化された画像並びに画像処理で判定された試料の状態のデータは、コンソール１０６に送られストレージ媒体１０７に記録される。

なお、本実施例では２次電子１２０を検出する素子(検出器１１２)からＡＤ変換基板２１２までが、高電圧でフローティングされた検出系を例に示したが、素子にシンチレータを用いた場合、素子から放出された光をライトガイドで伝播する過程で電気的に絶縁することができるので、ＡＤ変換基板２１２自体を高電圧にフローティングする必要はない。この場合、ビーム制御回路２２０及び高精細化処理部２４０とＡＤ変換基板２１２の間は電気信号で通信でき、この形態で検出系を構成しても、本発明の効果は損なわれない。
（高精細化処理部）
高精細化処理部２４０ではＡＤ変換基板２１２から送られる２次電子１２０の信号を元に、高精細画像を形成する。図４Ａ〜図４Ｄは高精細処理部２４０で行う入力画像から高精細画像を形成するまでの処理を説明した図で、入力画像はビーム制御回路２２０から偏向回路２１４に送られる走査信号に同期してＡＤ変換基板２１２が検出器１１２から送られてくるアナログ信号をデジタル信号にサンプリングすることで作り出される走査像を示している。

図４Ａは、２本の電子線Ａ，Ｂの試料上での走査領域を示した図で、図４Ｂは図４Ａに示した２本の電子線が走査することで作られる走査像に対応している。また、図４Ｃは、高精細処理部２４０に入力される画像(デジタル)で、図４Ｄは入力画像を元に位置ずれを考慮した高精細処理画像(デジタル)を示している。図４Ｂの走査像は、前述の複数の電子線の相対距離に応じた位相がずれた絵が重なるゴースト画像として取得され、計測する試料に応じて画素サイズが大きいことによる情報欠落がないよう前記電子線間の相対距離が調整されている。この相対距離は、後に示す電子光学系の調整手順で調整され、高精細処理部２４０で取り込む画素寸法よりも高い精度で、その相対距離は設定されている。また、この相対距離は本実施例で示した検査の事前に標準試料で測定されており、その情報はストレージ媒体１０７に記録され、コンソール１０６からの指示のもと必要に応じてビーム制御回路２２０及び高精細処理部２４０にその情報は伝達される。

高精細処理部２４０ではその相対距離の情報を元に図４Ｃの入力画像の位置ずれを補正する。ここで用いられる補正のアルゴリズムは、入力画像に対して相対距離の情報をデコンボリューションする非反復処理でも良いが、相対距離の情報を元にパターン境界部の情報が損失しないよう、繰り返し探索しながら画像を補正する反復処理でも良い。この補正処理で得られた高精細画像図４Ｄは、入力画像の画素寸法を細分化した画素で形成されていることが特徴であり、入力画像に対し画像１枚あたりのデータ量は増大し、処理の演算時間の増大は免れない。しかしながら高精細処理部２４０、及び画像処理部１０４が複数のチャンネルを持ち図４Ｃから図４Ｄの処理を並列に行うことで高速化を実現できる。
（欠陥判定部）
欠陥判定部２５０では高精細処理部２４０から送られてきた画像を元に撮像した領域のパターンを診断する。図５は欠陥判定部２５０で行う画像診断の手順を示したもので、本実施例では差画像による欠陥判定を例として挙げた。なお、差画像による判定処理の場合、撮像した領域を診断するため、参照となるパターンの画像も必要となるが、参照パターンの画像は本実施例の検査を行う前に取得され、ストレージ媒体１０７に記録されている。検査中、ストレージ媒体１０７に記録された参照パターンの画像は、コンソール１０６からの指示のもと欠陥判定部に転送され、検査で撮像した領域のパターンの診断に用いられる。ここで、参照パターンの画像は、上述の高精細処理部２４０で形成された高精細画像と同じ画素寸法であることとし、その撮像方法は本実施例と同じ、複数の電子線を用いた手法でも良いが、従来通り１本の電子線で画像を取得しても良い。

欠陥判定は、高精細処理部２４０から送られる検査画像と事前に同一パターンで取得した参照画像とを比較し、参照画像に対し検査画像が異なる領域を抽出し、その領域の大きさで欠陥か否かを判定する。欠陥判定部２５０では、コンソール１０６から送られてくる参照画像と、高精細処理部２４０から送られてくる検査画像とで差画像を形成し、差画像全体の平均明度が最小になるよう、参照画像、検査画像それぞれに対して独立に明度を補正する（明度補正処理）。明度補正処理後、差画像内の明度がある一定値より大きくなる領域を欠陥の候補として抽出し、ある一定面積に対して大きいか否かで欠陥が判定される（画像比較処理）。つまり、本実施例の検査装置を使うユーザは、差画像に対し一定の明度と一定の面積を指定することで、欠陥を抽出する感度を調整することができる。ここで示した欠陥は、参照画像に対する検査画像のパターン形状の乖離であり、乖離する面積を管理することで、試料上に形成されたパターンの状態を管理することができる。

なお、上記では参照パターンの情報をあらかじめ画像として取得する例を示したが、参照パターンの情報には試料のパターンのＣＡＤデータを用いることも可能である。この場合、高精細画像とそれに相当するパターンのＣＡＤデータとの比較から欠陥を抽出することができる。
（標準試料）
十分な効果を得るためには、複数の電子線の相対距離を高い精度で調整することが望ましく、その相対距離は試料の高低差によらず常に一定であることが望ましい。図６（ａ）、（ｂ）は、電子線の相対距離を調整するために用いる標準試料について説明したもので、標準試料は高さの異なる複数の標準試料片で構成されている。以下、図６（ａ）、（ｂ）を例に標準試料の構成について順を追って説明する。図６（ａ）、（ｂ）は試料フォルダ１２３上の標準試料片の配置を示したもので、（ａ）は上面図で、（ｂ）は側面図である。

標準試料片１２５−Ａ、Ｂ、Ｃはそれぞれ高さが異なるよう試料フォルダ上に配置されており、試料フォルダ２３内の基準点から標準試料片の上面までの高さは、試料フォルダの組立て時に高精度に測定されている。これら複数の標準試料片１２５−Ａ、Ｂ、Ｃの高さは、被検査試料の巨視的な高さ変動分を包括するよう試料フォルダに取り付けられており、これら複数の標準試料片を用いて複数電子線の相対距離を調整することで、試料の高低差によらず常に一定の相対距離を維持することができる。なお、図６（ａ）、（ｂ）では説明の便宜上、３つの標準試料片を１列に配列させたが、この配列でなくても各々の高さが正確に測定されており、且つ３つ以上の標準試料片があれば、標準試料１２５として用いることができる。

図７Ａ〜図７Ｃは標準試料片１２５−Ａ（Ｂ、Ｃ）の構成を示したもので、図７Ａは標準試料片の構成を、図７Ｂ及び図７Ｃは標準試料片内に形成されたパターンの構造を示している。図７Ａに示した標準試料片には、面内にａからｉまでの寸法が異なるパターン１２５−１がそれぞれ形成されており、形成されたパターン１２５−１は測長ＳＥＭまたはＡＦＭ(原子間力顕微鏡)等で寸法が高精度に計測されている。ここで、１つの標準試料片の中に寸法の異なる複数のパターンを形成する理由は、検査で必要とされる精度に応じて、複数電子線間の相対距離の調整精度が変えるためである。例えば、検査対象の試料に形成されたパターンの寸法が１００ｎｍで、検出したい寸法の精度を１０ｎｍとした場合、相対距離の調整は標準試料片上のａからｉの領域の中で、１００ｎｍに近い寸法のパターンを用いる必要がある。

図７Ｂ及び図７Ｃは標準試料片内の領域ａ、領域ｅのパターン１２５−１の構造を示したもので、パターン１２５−１は半導体製造プロセスでＳｉ基板上にＷ(タングステン)のドットを形成したものである。図７Ｂ及び図７Ｃの上図は平面図、下図は側面図を示す。なお、ドットの材料として本実施例ではＷを用いたが、他のメタル、例えばＣｕ（銅）、Ａｌ（アルミニウム）等を用いることもできる。このドット１２５−１は標準試料１２５上に同一寸法のものが複数形成されているが、調整では孤立した１つのドットを使用するため、ドット間の距離は調整時の撮像の視野に入らない程度に間隔が開いている。同一寸法のドットが複数形成されている理由は、１つのドットを繰り返し使うと電子線照射による汚染でドットの寸法が変わり、調整に誤差が出るためである。一定の回数を使用したドットを使わないことで、繰り返し使用による測定精度の低下を抑えることができる。なお、標準試料は電子線の入射する方向に対し垂直方向の面内で、２次元的に寸法が補償されているものならドット以外の形状でも良い。
（マルチビーム形成）
本実施例では、電子線間の相対距離を高精度に調整し、複数の電子線の位置ずれに起因したゴーストを画像処理で補正することで、画素が大きくても高感度な検査を実現することができる。本実施例で高感度かつ高速な検査を実現するためには、上記の大きな画素で検査することの他に、複数の電子線（以下、マルチビームとする）の本数を増やすことも効果的である。マルチビームの本数を増やす効果は画像積算の効果に相当し、ビームの本数に相当する積算の効果を１回の撮像で実現することができる。以下、マルチビーム形成方法の１例を図８Ａ〜図８Ｃで説明する。

図８Ａ〜図８Ｃはマルチビーム形成装置２１０の構成を示した図で、図８ＡはＳＥＭ筺体１０１内でマルチビームを形成する部位(マルチビーム形成部)１１０と、それを動作させる筺体制御部１０３を示している。マルチビームは、ＳＥＭ筺体１０１内の電子源１０８から放出された電子線１１８をマルチビーム形成部１１０で複数本にし、プローブ電流計測部１１１で各々のプローブ電流を計測することで、ビームの本数及びプローブ電流を管理することができる。ここでマルチビーム形成部１１０及びプローブ電流計測部１１１は、ＳＥＭ筺体１０１の中心軸に対し平行に配置された回転軸に取り付けられており、回転軸に取り付けられたモータ１１０−２で回転及び回転軸に対し垂直面内を水平移動させることができる。

マルチビーム形成部１１０は軸方向に複数枚の絞りを備えており、回転軸に取り付けられた切替器１１０−１で複数枚の絞りを独立に回転させることができる。上記に示したモータ１１０−２による回転及び水平移動及び切替器１１０−１の動作は、マルチビーム形成装置２１０内のモータ駆動電源２１０−２及び切替装置２１０−１でそれぞれ制御される。モータ駆動電源２１０−２及び切替装置２１０−１は、図には示されていないコンソールからの指示で制御されるため、本実施例のユーザはコンソールを介してマルチビーム形成装置２１０を動作させることができる。またプローブ電流計測部１１１は、マルチビーム形成部１１０と同様に軸方向に絞りと回転板を備えており、回転軸に取り付けられて切替器１１０−１で絞りと回転板を独立に回転させることができる。

図８Ｂ及び図８Ｃは図８Ａ内のマルチビーム形成部１１０、及びプローブ電流計測部１１１の構造の１例を模式的に示したもので、いずれも回転軸を中心とした複数の円形の板で構成されている。図８Ｂに示したマルチビーム形成部１１０は、円形の絞り板（１１０−３、１１０−４、１１０−５）３枚を備えており、各々の絞り板（Ａ、Ｂ、Ｃ）にはマルチビームを形成する開口群１１０−７と、電子源から放出された電子線を全く遮らない大開口１１０−６がある。

マルチビームを形成する開口群１１０−７は、電子線の本数に応じた小さな開口の集まりを１つの群とし、同じ板状には小さな開口の大きさ及び配列や距離が少しずつ異なる複数の開口群が設けられている。同じ板状に複数の開口群を設け、かつ回転軸方向に複数枚の絞り板を備えることで、様々な本数や配列、及び相対距離のマルチビームを形成することができる。なお、絞り板にある大開口１１０−６は電子線をそのまま透過させるためにあり、複数枚の絞り板のどれかでマルチビームを形成した場合、その他の絞り板は全て大開口がＳＥＭ筺体の中心軸に来るよう調整する。

図８Ｃに示したプローブ電流計測部１１１は、円形の絞り板１１１−３と回転板１１１−４を備えており、絞り板１１１−３には小開口と大開口が、回転板１１１−４にはファラデーカップ１１１−５と大開口１１１−６が設けられている。ここでファラデーカップ１１１−５はＳＥＭ筺体１０１に対し電気的に絶縁されており、フィードスルーを介してプローブ電流計測装置２１１内の電流計２１１−１に繋がっている。

プローブ電流を計測する場合は、絞り板１１１−３の小開口と回転板１１１−４のファラデーカップ１１１−５が、計測しない場合は絞り板、回転板ともに大開口がＳＥＭ筺体の中心軸にくるよう調整される。なお、プローブ電流を計測する際は、マルチビームを構成する各々の電子線についてプローブ電流が計測できるよう、走査回路２１１−２とプローブ電流計測部１１１の上方に取り付けられた走査電極１１１−２とを用いて、絞り板１１１−３上の小開口をマルチビームが２次元的に走査する。走査に同期してプローブ電流を計測することで、マルチビーム各々のプローブ電流を計測することができる。

本実施例ではマルチビームの本数とその電子線間の相対距離が性能を大きく左右するが、前記（ＳＥＭ筺体）に示した倍率調整レンズによる相対距離の微調整に、複数の絞り板を選択する粗調整を組み合わせることで、様々なバリエーションのマルチビームを形成できる。その結果、本実施例に係る検査装置は、多種様々な回路パターンの検査に適用することができる。
（マルチビームの調整手順）
本実施例で示した構成を用いてマルチビームの電子線の本数及び相対距離を調整する手順を説明する。この電子線の本数、及びそれらの相対距離は、検査対象のパターンに応じてその都度調整される必要があるため、この操作は検査の際作成するレシピの中に組み込まれている。図９は調整をフローで示した図で、記載した各工程は本実施例の検査装置のユーザがコンソール１０６に備え付けられたマウスやキーボード等の操作装置から動作させることができる。以下、図を用いてマルチビームの調整手順を説明する。

まず、工程１（Ｓ９０１）ではウェーハの品種及び工程を入力し、検査対象の基本データをコンソール１０６に繋げられたストレージ媒体１０７から読み出す。ここで基本データとは、品種や工程の名称だけでなく、ウェーハ上に転写されたショットの配列や寸法や、それに基づく検査領域の情報を含み、これらの情報は後に示す工程９（Ｓ９０９）でマルチビーム形成絞りを選択する際、検査時間の推定に用いられる。

次に、ユーザは工程２（Ｓ９０２）でマルチビームの調整に、実際のパターンで撮像した参照画像を用いるか、検査対象となるパターンの設計データ（ＣＡＤデータ）を用いるかを選択する。ここで調整の元となるデータをユーザが選択する理由は、それぞれメリット、デメリットがあるためであり、ユーザは用途に応じていずれかを選択することで、検査に適したマルチビームを形成することができる。参照画像を用いるメリットは、実際に転写されるパターンはＣＡＤデータに対し乖離するため、実際の画像を用いることで検査に適したマルチビームを形成することができ、高感度な検査が実現できることである。一方、デメリットは莫大な参照画像を事前に取得し、そのほぼ全ての画像に対し周期性解析をするため、調整に時間が掛かるということである。

また、ＣＡＤデータを用いるメリットは設計データを使って周期性を判定するため、参照画像の取得や、画像からの周期性解析といった時間が掛かる処理をしないですみ、高速簡便にマルチビームを形成することができる。一方、デメリットは実際に転写されるパターンとＣＡＤデータの乖離が検査結果にそのまま影響するため、参照画像を用いる場合に比べ検査の精度が不足することである。例えば、ユーザは本発明の検査装置を、量産におけるプロセス管理に用いる場合は、参照画像を用いた高精度な検査に、開発段階におけるプロセスの条件出しにはＣＡＤデータを用いた簡便な検査に使い分けることができる。

ユーザが参照画像を用いる方式を選択した場合、工程３（Ｓ９０３）ではストレージ媒体１０７に保存された参照画像を読み出し、工程４（Ｓ９０４）で読み出された画像に対して周期性を解析する。この工程３及び４（Ｓ９０３、Ｓ９０４）は莫大な画像を処理するため、基本的にはコンソール１０６が自動で行う。しかし、ユーザは必要に応じて手動でこれらの処理を行うこともでき、その場合は工程３及び４（Ｓ９０３、Ｓ９０４）の動作をユーザがコンソール１０６のＧＵＩ画面から実施することができる。自動と手動の２種類を設ける理由は、参照画像が大量にあっても検査する領域がそれよりはるかに少ない場合は手動で行うことで、無駄な処理時間を削減できるためである。なお、ここで画像を用いたパターンの周期性解析には、高速フーリエ変換等の画像演算ツールを用いればよい。

ユーザがＣＡＤデータを用いる方式を選択した場合、工程５（Ｓ９０５）でＣＡＤデータを読み込み、工程６（Ｓ９０６）でデータを元に検査領域の周期性を解析する。これらの処理はコンソール１０６が自動で行うが、画像データを用いないため、検査領域が大きくても処理に時間は掛からない。

工程７（Ｓ９０７）では上記の周期性データを元に、画素サイズが大きいことによる情報の欠落がないようマルチビームの基本配列を決める。ここで基本配列とはＸＹの２次元的な格子を意味し、格子は２から４の格子点で構成される。この基本配列をＸまたはＹ軸に対し反転投影、または基本周期分だけ並行移動させることで電子線の本数を増やすことができる。

工程８（Ｓ９０８）では、上記の基本配列を元に最も類似したマルチビーム形成絞りを選択する。ここで、類似するか否かの判定は電子線間の相対距離が倍率調整レンズでも調整ができるため、配列を最優先とし、工程７（Ｓ９０７）で算出された基本配列とマルチビーム形成絞りの相対距離の乖離を後に示す工程１２（Ｓ９１２）で補正する。なお、マルチビーム形成絞りを選択する処理は絞りの設計データをストレージ媒体１０７に記憶しておき、コンソール１０６が絞りの設計データと先の基本配列を照合することで自動化できる。

工程９(Ｓ９０９)では検査に用いる電子光学条件を読み出す。ここで電子光学条件には入射エネルギー、プローブ電流、制御電極印加電圧等が含まれ、この読み出した条件で標準試料を用いて相対距離の調整（工程１２(Ｓ９１２)）及び高低差補正関数を導出する（工程１３(Ｓ９１３)）。

工程１０(Ｓ９１０)ではＳＥＭ筺体の中心軸に対して対称にマルチビームを形成する小開口が来るよう絞り板を調整し、工程１１（Ｓ９１１）で各々のプローブ電流が規定値になるよう調整する。ここで絞り板の調整とプローブ電流の調整は、後に示す（マルチビーム形成のＧＵＩ画面）に従いユーザが手動で実施する。なお、ユーザが手動で実施する調整は最初のレシピ作成時のみで、ここでの調整値は初期設定として保存され、初期値を元に装置の長時間稼動による変動を装置が自動で補正することができる。

工程１２(Ｓ９１２)ではマルチビームを形成する電子線間の距離が先の基本配列と同じになるよう、標準試料を用いて調整する。ここで、図７Ａに示した標準試料片には様々な寸法のＷ(タングステン)ドットパターン１２５−１が含まれるが、検査対象のパターン寸法に応じて、標準試料片内で近い寸法のパターンを用いて調整する。そして、工程１３(Ｓ９１３)で高さの異なる標準試料片を用いて試料の高低差を補正する補正関数を導出する。これら工程１２及び１３(Ｓ９１２、Ｓ９１３)の調整は、後に示す（相対距離、高低差補正関数導出のＧＵＩ画面）に従い、ユーザが手動で実施する。なお、先と同様ユーザが手動で実施する調整は最初のレシピ作成時のみで、ここでの調整値は初期設定として保存され、初期値を元に装置の長時間稼動による変動を装置が自動で補正することができる。

上記の調整結果を工程１４(Ｓ９１４)ではストレージ媒体１０７に保存する。データを保存することで検査や装置状態のセルフチェックの際、データを読み出すことができる。
（マルチビーム形成のＧＵＩ画面）
マルチビームを形成するＧＵＩ画面の構成とそこに含まれる最低限の機能について図１０を用いて説明する。図１０はマルチビームを形成する際の絞りの調整及びプローブ電流の測定を行うＧＵＩ画面で、図９に示したフローチャートにおいて、工程９(Ｓ９０９)の終了後にコンソール１０６のモニタに表示される。ＧＵＩ画面は、走査像や光学顕微鏡画像を表示する画像表示画面１０００、ＳＥＭ筺体を制御する電子光学系調整画面１０１０、絞りの選択および位置を調整する絞り調整画面１０２０、プローブ電流の計測結果を表示するプローブ電流表示画面１０３０等で構成される。ユーザが操作する項目は、画像表示画面１０００では選択カーソルボタン１００３と画像切換えボタン１００２、電子光学系調整画面１０１０ではレンズの強度を調整するスライドバー１０１１とキーボードからレンズの強度を直接入力する入力欄１０１２、絞り調整画面１０２０では絞りを選択する選択欄１０２１と絞りを移動させるスライドバー１０２３及び入力欄１０２２、そしてプローブ電流の計測や測定結果の保存等、動作を指示する動作指示ボタン１０３１等で構成される。なお、図１０では各種画面を一画面で表示しているが、別々の画面としてもよい。

マルチビームを形成する絞りの調整は、画像表示画面１０００を画像切替えボタン１００２で電流画像に切替え、絞りの画像を観察しながら調整する。ここで電流画像は、図８Ａに示した走査電極１１１−２に走査信号を入力し、ファラデーカップ１１１−５に流れる電流を走査信号に同期させて画面に表示させることで電流画像を可視化できる。ユーザはこの電流画像を見ながら複数絞りの明度がほぼ均一になるよう、絞り調整画面の回転、ＸＹ移動を調整する。

プローブ電流の計測は、画像表示画面１０００の選択カーソルボタン１００３を選択し、プローブ電流を形成したい箇所をＧＵＩ画面上でクリックする。画像表示画面１０００では、クリックした箇所を中心にある一定の大きさの破線円１００１が表示され、プローブ電流は破線円の中の平均プローブ電流を計測する仕組みとなっている。ユーザは電流画像に表示された開口に相当する箇所をクリックし、動作指示ボタン１０３１の計測ボタンを押すことで各開口のプローブ電流を計測することができる。

ユーザは各開口のプローブ電流が所望の値になるよう、電子光学系調整画面、絞り調整画面の両方を調整する。そして所望の値が得られたら、それらの設定を動作指示ボタンの保存ボタンをクリックし、調整値をストレージ媒体に記憶させる。なお、調整の途中で設定をクリアし、この画面の最初から調整を行う場合は、動作指示ボタンのクリアボタンをクリックすることで、調整値は初期状態に復帰できる。このように絞りの調整からプローブ電流の調整までを電流画面で確認しながら行うことで、マルチビームにおいても各電子線のプローブ電流を簡便に調整することができる。
（相対距離調整のＧＵＩ画面）
相対距離を調整するＧＵＩ画面の構成とそこに含まれる最低限の機能について図１１を用いて説明する。図１１はマルチビームを形成する電子線間の相対距離を調整するＧＵＩ画面で、図９に示したフローチャートにおいて、工程１１(Ｓ９１１)の終了後にコンソール１０６のモニタに表示される。ＧＵＩ画面は、走査像や光学顕微鏡画像を表示する画像表示画面１１００、試料の情報を表示する試料情報表示画面１１４０、電子線間の相対距離を調整するマルチビーム調整画面１１５０、図９の工程７(Ｓ９０７)で算出した基本配列を表示する基本配列表示画面１１６０、相対距離の計測結果を表示する計測結果表示画面１１７０等で構成される。

ユーザが操作する項目は、画像表示画面１１００では選択カーソルボタン１１０３と画像切換えボタン１１０２、マルチビーム調整画面１１５０ではレンズの強度を調整するスライドバー１１５３とキーボードからレンズの強度を直接入力する入力欄１１５２、基本配列表示画面１１６０では基本配列の相対距離に掛ける整数倍の係数を指定する倍数入力欄１１６１、そして相対距離の計測や測定結果の保存等、動作を指示する動作指示ボタン１１７１等で構成される。なお、図１１では各種画面を一画面で表示しているが、別々の画面としてもよい。

相対距離の調整は、基本配列と同じになるよう図７Ａの標準試料を用いて調整する。標準試料片には様々な寸法のパターンが含まれるが、調整は検査対象のパターン寸法に応じて、標準試料片内で近い寸法のパターン（Ｗドット）１２５−１を用いる。この操作は画像表示画面１１００の画像切替えボタン１１０２で光学画像（光学顕微鏡画像）に切替え、ステージ１２１を動かしながら標準試料片の所望の領域を探索する。ここでステージ１２１は、図には示していないがコンソール１０６の操作卓に備え付けられたジョイスティック、またはトラックボールで移動させることができる。ステージを移動させ光学顕微鏡画像で所望の領域を見つけたら、画像切替えボタン１１０２で標準試料片の走査像に切替える。

図７Ａの標準試料片を用いた場合、走査像にはマルチビームの電子線間距離に相当するＷドット１２５−１のゴースト画像１１０５が見られる（図１１では４本のマルチビームの例）。走査像はマルチビーム調整画面１１５０で対物レンズを調整することでフォーカスを合わせることができ、フォーカスを合わせてから、動作指示ボタン１１７１の計測ボタンをクリックすることで、Ｗドットのゴースト画像１１０５の相対距離を計測することができる。ここで相対距離の計測は、Ｗドットの重心位置を画像から自動で計測し、重心間の距離で相対距離を導出する。各々のＷドットの重心は、計測ボタンを押すことで画像表示画面に重心マーカ１１０４が重畳して表示され、ユーザは重心の位置が適切に判定されているか判断することができる。

相対距離の調整は、図９の工程７(Ｓ９０７)で求めた基本配列の整数倍の距離になるよう調整する。ユーザは基本配列表示画面の倍数入力欄１１６１に任意の整数を入力し、マルチビーム調整画面１１５０の倍率調整レンズ及び対物レンズを調整し、動作指示ボタン１１７１の計測ボタンをクリックする。計測結果は、計測結果表示画面１１７０に相対距離と基本配列に対する相対距離の残差が表示され、ユーザは残渣が小さくなるよう上記調整を繰り返す。そして残差が所望の値以下になったら、それらの設定を動作指示ボタン１１７１の保存ボタンをクリックし、調整値をストレージ媒体１０７に記憶させる。なお、調整の途中で設定をクリアし、この画面の最初から調整を行う場合は、動作指示ボタン１１７１のクリアボタンをクリックすることで、調整値は初期状態に復帰できる。このように走査像で確認しながら相対距離を調整することで、高精度にマルチビームの相対距離を調整することができる。
（高低差補正関数導出のＧＵＩ画面）
高低差の補正関数を導出するＧＵＩ画面の構成とそこに含まれる最低限の機能について図１２を用いて説明する。この高低差の補正は、試料の高さに応じて対物レンズのフォーカスを変えた場合、上記で求めた相対距離が変わるため必要となる。図１２は高低差の補正関数を導出するＧＵＩ画面で、図９に示したフローチャートにおいて、工程１２(Ｓ９１２)の終了後にコンソール１０６のモニタに表示される。

ＧＵＩ画面は、走査像や光学顕微鏡画像を表示する画像表示画面１２００、試料の情報を表示する試料情報表示画面１２４０、電子線間の相対距離を調整するマルチビーム調整画面１２５０、相対距離の計測結果を表示する計測結果表示画面１２７０等で構成される。ユーザが操作する項目は、画像表示画面１２００では選択カーソルボタン１２０３と画像切換えボタン１２０２、マルチビーム調整画面１２５０ではレンズの強度を調整するスライドバー１２５３とキーボードからレンズの強度を直接入力する入力欄１２５２、そして相対距離の計測や測定結果の保存等、動作を指示する動作指示ボタン１２７１等で構成される。なお、図１２では各種画面を一画面で表示しているが、別々の画面としてもよい。

ユーザは先の図１１の調整で用いた標準試料片と異なる高さの標準試料片を用いて、以下の手順で高低差の補正関数を導出する。標準試料片には様々な寸法のパターンが含まれるが、先の図１１での説明同様、検査対象のパターン寸法に応じて、標準試料片内で近い寸法のパターン（Ｗドット）１２５−１を用いる。この操作は先と同様、画像表示画面１２００の画像切替えボタン１２０２で光学画像(光学顕微鏡画像)に切替え、ステージ１２１を動かしながら標準試料片の所望の領域を探索する。ステージ１２１を移動させ光学顕微鏡画像で所望の領域を見つけたら、画像切替えボタン１２０２で標準試料片の走査像に切替える。

走査像はマルチビーム調整画面で対物レンズを調整することでフォーカスを合わせることができ、フォーカスを合わせてから、動作指示ボタン１２７１の計測ボタンをクリックすることで、Ｗドットのゴースト画像１２０５の相対距離を計測することができる。このとき高低差を補正するＧＵＩ画面ではＷドットの重心位置を示す重心マーカ１２０４の他、（相対距離調整のＧＵＩ画面）で求めた相対距離の結果（標準値）１２０６が画像表示画面１２００に重畳して表示される。ユーザは動作指示ボタン１２７１の計測ボタンを押すことで、高さが異なる標準試料片での相対距離と（相対距離調整のＧＵＩ画面）で求めた相対距離の乖離を目視で確認でき、計測結果が高低差誤差として計測結果表示画面１２７０に表示される。ユーザは、（相対距離調整のＧＵＩ画面）同様の手順で、標準値１２０６に相対距離が近くなるようマルチビーム調整画面１２５０の倍率調整レンズ、及び対物レンズを調整する。調整が完了したら動作指示ボタン１２７１の登録ボタンをクリックすることで計測結果が登録される。

登録後ユーザは、もう１つの異なる高さの標準試料片で上記手順に従い相対距離を調整し、結果を登録する。図７Ａの標準試料を用いた場合、上記に従い高さの異なる標準資料片２種類で補正関数を導出する。この補正関数は線形になるとは限らないので、標準値を含めた最低３種類で導出する必要がある。この高低差補正関数を導出し、検査中試料の高さに応じて倍率調整レンズ、対物レンズを追従させることで、試料の高低差によらず常に一定の相対距離を実現することができる。なお、試料の高さの計測は、本実施例には記載していないが、光学式の高さセンサを用いても良いし、検査の前に試料の高さを画像の合焦点で計測しても良い。
（レシピ作成）
図１３を用いてレシピの作成手順を示す。試料の測長を行うユーザは、工程１(Ｓ１３０１)で測長する試料の情報を入力する。試料が例えば半導体ウェーハの場合は、ウェーハの品種、製造工程の名称が前述の情報に相当し、これらの情報は複数存在するレシピを分類し管理するために用いられる。次にユーザは、工程２(Ｓ１３０２)で測長に用いる光学条件を選定する。光学条件のパラメータは、試料に入射するプローブ電流、撮像時の視野、入射エネルギー、試料上に形成される電界強度であり、走査像の取得で、「フレーム加算等の複数回の画像取得で画質が劣化」「測長時の弊害となる明るさムラ等の異常コントラスト」が発生しないよう決められる。この作業は、ユーザが光学条件を任意に選んでも良いし、装置出荷時に製造元が帯電制御処理と同様に推奨条件を決め、それを用いても良い。

半導体ウェーハ等のパターンが形成された試料では、試料を動かすステージの座標と試料上に形成されたパターンの座標との位置関係を正確に計測する必要がある。本実施例では、この位置関係を計測する工程をアライメント工程（工程５(Ｓ１３０５)）とする。ここでは、光学画像上及び走査像上で認識可能な試料上のパターンの画像を、テンプレートとしてコンソール１０６に登録する。このテンプレートには、光学画像と走査像の２種類を登録することができ、光学画像のテンプレートは第１のアライメント工程、ＳＥＭ画像のテンプレートは第２のアライメント工程に用いられる。通常、精度の低い第１のアライメント工程を経てから高精度な第２のアライメント工程を行う手順となる。登録作業は、例えばコンソール１０６のモニタ上に表示される光学画像と走査像とを、ユーザがストレージ媒体１０７に記憶させることで実行される。（工程３(Ｓ１３０３)）
ステージの座標と試料上に形成されたパターンの座標との位置関係を正確に補正するためには最低２つの場所でアライメント工程を行う必要がある。工程４(Ｓ１３０４)では、アライメントを行う場所を登録する。登録は、例えば、モニタに表示される走査像上で適当な位置を、ユーザがコンソール１０６を介して指定することにより実行される。工程５(Ｓ１３０５)では、テンプレートと上記で登録した場所で撮像した光学画像及び走査像の画像比較からステージの座標と試料のパターンの座標の位置関係を計測する（アライメント）。そして、工程６(Ｓ１３０６)では、図９で説明したマルチビームの調整が行われる。

マルチビームの調整後、測長するパターンの近傍に測定する場所を探すための位置検索用テンプレートを登録する。テンプレートとして登録する情報は、低倍の走査像とステージ座標である。測定する箇所を探す処理は、登録したステージ座標に移動した後、低倍の走査像を撮像し、先に登録した画像とパターンマッチングを行うことで位置を決定する（工程７(Ｓ１３０７)）。前記の測定位置検索用のテンプレートを登録後、測長する箇所のテンプレートをコンソール１０６に登録する。ここで、テンプレートとして登録される画像は本実施例のマルチビームを使った検査画像で登録される（工程８(Ｓ１３０８)）。登録時に実行する作業は、アライメント用のテンプレート及び測定位置検索用のテンプレートの登録作業と同じである。ウェーハ内に複数の測定位置がある場合、工程７(Ｓ１３０７)から８(Ｓ１３０８)を繰り返し全ての測定点を登録したらレシピをストレージ媒体に保存し終了する。
（検査）
次に図１４を用いてレシピを用いた自動測長の手順を示す。自動測長の開始に当たって、まず、ユーザは測長する試料の基本情報を入力する（工程１(Ｓ１４０１)）。コンソール１０６は入力された基本情報を元に、ストレージ媒体１０７より適切なレシピを読み出し、自動測長を開始する。基本情報の入力以降の処理は、本実施例に係る検査装置がレシピを元に自動的に実行するため、ユーザの手を煩わせることはない。

工程２(Ｓ１４０２)では、レシピに記録されているアライメント点の情報を元にアライメントを行い、ステージ座標と試料のパターンの座標との位置関係を補正する。次に、測定位置検索用テンプレートとして記録される座標と低倍画像を元に測長する場所を探す。測長箇所の位置座標が判明すると、コンソール１０６はステージ駆動装置２２１を動作させ、試料上の測長箇所がマルチビームの照射領域に合致するようステージ１２１を移動させる（工程３(Ｓ１４０３)）。

工程４(Ｓ１４０４)ではレシピに記録された測定点のテンプレートを元に測長を実施する。結果は測長した寸法のみ記憶しても良いが、画像を添付して保存しても良い。ここで、欠陥検査の場合はテンプレートを参照画像にしても良いので、テンプレートのパターンと撮像したパターンとの乖離を欠陥として、欠陥の座標とサイズが保存される。工程３から４(Ｓ１４０３〜Ｓ１４０４)を繰り返すことでウェーハ全面の測長または検査を行うことができる。

本実施例で示した技術を用いることで画素サイズが大きくても高感度なホットスポット検査装置を実現でき、高速高感度な検査装置を提供することができる。なお、本実施例は検出器が１つの場合について示したが、複数電子線が試料から発生させる２次電子及び反射電子を同一の検出器で補足するなら検出器が複数ある場合も同様の効果が得られる。例えば複数電子線が作り出す２次電子を１つの検出器で捕捉し、複数電子線が作り出す反射電子をもう１つの検出器で補足する場合は、十分な効果が得られる。

１０１…ＳＥＭ筐体、１０２…試料室、１０３…筐体制御部、１０４…画像処理部、１０５…ステージ制御部、１０６…コンソール、１０７…ストレージ媒体、１０８…電子源、１０９…コンデンサレンズ、１１０…マルチビーム形成部、１１０−１…切替器、１１０−２…モータ、１１０−３…絞り板Ａ、１１０−４…絞り板Ｂ，１１０−５…絞り板Ｃ、１１０−６…大開口、１１０−７…開口群、１１１…プローブ電流計測部、１１１−２…走査電極、１１１−３…絞り板、１１１−４…回転板、１１１−５…ファラデーカップ、１１１−６…大開口、１１２…検出器、１１３…ＥｘＢ偏向器、１１４…偏向器、１１５…対物レンズ、１１６…制御電極、１１７…倍率調整レンズ、１１８…電子線、１１９…試料、１２０…２次電子、１２１…ステージ、１２２…絶縁体、１２３…試料フォルダ、１２４…ミラー、１２５…標準試料、１２５−Ａ、Ｂ、Ｃ…標準試料片、１２５−１…Ｗドットパターン、１６０…光ファイバ、２０１…筐体制御電源、２０８…電子銃電源、２１０…マルチビーム形成装置、２１０−１…切替装置、２１０−２…モータ駆動電源、２１１…プローブ電流計測装置、２１１−１…電流計、２１１−２走査回路、２１２…ＡＤ変換基板、２１４…偏向回路、２２０…ビーム制御回路、２２１…ステージ駆動装置、２２３…リターディング電源、２２４…レーザ測長装置、２４０…高精細化処理部、２５０…欠陥判定部、１０００…画像表示画面、１００１…破線円、１００２…画像切替えボタン、１００３…選択カーソルボタン、１０１０…電子光学調整画面、１０１１…スライドバー、１０１２…入力欄、１０２０…絞り調整画面、１０２１…選択欄、１０２２…入力欄、１０２３…スライドバー、１０３０…プローブ電流表示画面、１０３１…動作指示ボタン、１１００…画像表示画面、１１０２…画像切替えボタン、１１０３…選択カーソルボタン、１１０４…重心マーカ、１１０５…Ｗドットのゴースト像、１１４０…試料情報表示画面、１１５０…マルチビーム調整画面、１１５２…入力欄、１１５３…スライドバー、１１６０…基本配列表示画面、１１６１…倍数入力欄、１１７０…計測結果表示画面、１１７１…動作指示ボタン、１２００…画像表示画面、１２０２…画像切替えボタン、１２０３…選択カーソルボタン、１２０４…重心マーカ、１２０５…Ｗドットのゴースト像、１２０６…標準値、１２４０…試料情報表示画面、１２５０…マルチビーム調整画面、１２５２…入力欄、１２５３…スライドバー、１２７０…計測結果表示画面、１２７１…動作指示ボタン。

Claims (11)

1. パターンが形成された試料の第１の領域に収束した複数本の電子線を走査させ、発生した２次電子を第１パターン画像として記憶し、該試料の該第２の領域に収束した複数本の電子線を走査させ、発生した２次電子を第２パターン画像として記憶し、該第１の領域の該第１パターン画像と該第２の領域の該第２パターン画像とを比較し、その比較結果から試料内の欠陥部を抽出する検査装置において、
   該複数本の電子線の相対距離を該第２パターン画像の１画素以下の精度で調整できる機能を具備していることを特徴とした検査装置。
2. 請求項１記載の検査装置において、
   該複数本の電子線の走査で得られた互いに欠落部を有する複数の該第２パターン画像を、画像処理で互いに補完することにより高精細化する機能を具備したことを特徴とする検査装置。
3. 請求項１記載の検査装置において、
   該２次電子を取り込む検出器が最低１つ以上であることを特徴とする検査装置。
4. 請求項１記載の検査装置において、
   該複数本の電子線の走査が、該試料が載置されたステージの移動に対し約垂直方向であり、かつ該２次電子の取り込みが該ステージの移動速度に同期していることを特徴とした検査装置。
5. 請求項４記載の検査装置において、
   該ステージが停止してから該画像を取り込むことを特徴とした検査装置。
6. パターンが形成された試料の第１の領域に収束した複数本の電子線を走査させ、発生した２次電子を第１パターン画像として記憶する工程と、該試料の第２の領域に収束した複数本の電子線を走査させ、発生した２次電子を第２パターン画像として記憶する工程と、該第１の領域の該第１パターン画像と該第２の領域の該第２パターン画像とを比較し、その比較結果から試料内の欠陥部を抽出する工程を含む検査方法において、
   該複数本の電子線の相対距離を該第２パターン画像の１画素以下の精度で調整できる工程と、
   得られた互いに欠落部を有する複数の該第２パターン画像を処理し、互いに補完することにより高精細化する工程と、
   高精細化した画像を用いて欠陥を検出する工程とを含むことを特徴とする検査方法。
7. 電子源と前記電子源から放出された電子線を複数の電子線に分離するマルチビーム形成部と複数の前記電子線の電流を計測するプローブ電流計測部と複数の前記電子線を試料に照射したことに起因する前記試料からの２次電子を検出する検出器とを含む筐体部と、前記筐体部を制御する筐体制御部と、前記試料が載置される試料フォルダと前記試料フォルダを移動するステージとを含む試料室と、前記ステージ移動を制御するステージ制御部と、検出された前記２次電子を用いて画像処理する画像処理部と、前記筐体制御部と前記画像処理部、ステージ制御部とを制御するコンソールとを有する検査装置において、
   前記試料フォルダは、寸法が既知のパターンが形成された標準試料が搭載されるものであり、
   前記コンソールは、複数の前記電子線間の相対距離に依存した前記パターンの位置ずれ画像を表示するための信号を出力するものであることを特徴とする検査装置。
8. 請求項７記載の検査装置において、
   前記コンソールはモニタを含み、
   前記モニタは、前記パターンの位置ずれ画像を表示するものであることを特徴とする検査装置。
9. 請求項７記載の検査装置において、
   前記コンソールはモニタを含み、
   前記モニタは、前記パターンの位置ずれ画像の重心マーカを表示するものであることを特徴とする検査装置。
10. 請求項７記載の検査装置において、
    前記コンソールはモニタを含み、
    前記モニタは、複数の前記電子線の基本配列を表示するものであることを特徴とする検査装置。
11. 請求項７記載の検査装置において、
    前記コンソールはモニタを含み、
    前記モニタは、複数の前記電子線間の相対距離の計測結果を表示するものであることを特徴とする検査装置。

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